西江航运建设二期工程上引航道桥变形观测

苏达宁 禤立民
（广西交通勘测设计研究院 广西 南宁 530011）

【摘　要】 简述上引航道桥变形观测基准网布设、变形点观测、平差及达到的精度。
【关键词】 基准网 观测 平差 精度

　　上引航道桥作为枢纽对外重要交通工程设施，同时亦作为贵港市西环快速环线的重要桥梁工程之一，其变形观测精度要求很高。测量技术的运用、人员技术水平、仪器设备精度及其稳定性、仪器操作方法和环境条件直接影响观测精度，因此，在观测前，需根据中误差形成规律择优采用测量技术，并在观测中采用固定观测人员和仪器设备，采用相同观测路线和观测方法等措施，同时在良好的环境下进行观测。
　　采用日本索佳SET2C-Ⅱ全站仪和瑞士Leica NA3003水准仪施测。
　　1、平面、高程控制基准网
　　分别在桥左、右两侧设立独立基准网，并通过联测网联系桥左、右两侧基准网，左侧（引航道桥下游侧）利用大坝的基准点（强制归心标），西侧（引航道桥上游侧）基准点为新设立点（强制归心标）。桥左、右两侧基准网分别对桥左、右两侧的变形点进行变形观测，基准网至变形点的距离不超过300m。桥两侧基准点间距亦不超400m。
　　左侧基准网观测采用边长复检形式，经检：边长相对误差均小于1/25万，网中基准点无明显位移。
　　右侧基准网经闭合导线严密平差解算，测边中误差±0.4mm，测角±0.9"，相对闭合差1/40万，相邻相对点位中误差为±0.8（最弱点），测角精度未达到一等监测网要求，基准网亦按二等监测网使用（允许测角±1"，允许相邻相对点位中误差±3mm）。
　　桥联测网经闭合导线严密平差解算，测边中误差±0.6mm，测角±1.4"，相对闭合差1/28.2万，相邻相对点位中误差为±2.6mm（最弱点），满足三等监测网技术要求（允许测角±1.8"，允许相邻相对点位中误差±6mm）。
　　为检验桥左、右两侧基准点相对点位误差可靠性，在左、右侧基准网联测中，增加了两条校核边--联测网中的最弱边，根据上述平差结果值进行校核，最弱边相对误差最大为1/20万，能满足三等监测网技术要求（允许最弱边相对中误差1/7万），桥左、右侧基准网相对误差可靠性较高。
　　引航道桥高程基准网采用拦河坝垂直位移基准网，水准基点分别埋设于左、右岸水平位移观测基准点的基台上，为铜质标心，观测按环形路线法，操作按二等监测网技术要求，左、右岸基点附合差-0.47mm，允许为±1.24 mm，满足精度要求。
　　2、变形点位平面移观测
　　考虑现有设备精度及基准点布设情况，桥面变形点均采用后置棱镜的三边长观测交会法，桥拱上变形点采用前置棱镜边长交会法，测距仪的测距单位权中误差±0.71mm，能满足一等监测网测边要求，考虑到有部分变形点与基准点所组成的图形强度较低，为保证精度，测边操作按监测网一等技术要求，边长均经气象改正，并采用现场求得棱镜常数与仪器加常数的综合值作改正。同时采用相同仪器对中操作方式进行变形点对中，以获得统一的对中系统误差。
　　平面采用三边长后方交会严密平差法进行平差，即采用间接观测平差的方式，以点的坐标作未知数，组成误差方程式，在[pvv]=最小的条件下，求解真值。
　　对于平面空间的任意两点p1 、p2，误差方程式为
　　S+V=√（（x02+dx2-x01-dx1）2+（y02+dy2-y01-dy1）2）
　　V为误差。
　　S为P1、P2点间测距。
　　经台劳公式展开。
　　V=adx1+bdy1+cdx2+ddy2+L
　　a=-（x02-x01）/s
　　b=-（y02- y 01）/s
　　c=-a，d=-b
　　L=√（x02-x01）2+（y02-y01）2-s
　　（x01、y01、x02、y02为P1、P2的近似坐标）
　　对于本项目的每条边，其一端为固定点，即p2都有x02=x2，y02=y2，dx2=dy2=0情况，简化后每边的误差方程
　　V=adx+bdy+l
　　由于本项观测值为等权精度，则法方法的形式是：
　　[aa]dx+[ab]dy+[al]=0
　　[ab]dx+[bb]dy+[bl]=0
　　求解dx、dy的值就得多边交会点改正值。
　　真值为：x=x01+dx，y=y01+dy
　　由法方程式得改正数权倒数：
　　1/px=[bb]/（[aa][bb]-[ab]2）
　　1/py=[aa]/（[aa][bb]-[ab]2）。
　　点位中误差达到了一等点技术要求（允许值为±1.5mm）。因桥面的变形点为地面标，观测获得的平面位置与实际位置尚有微小距离，即仪器对中偏差，综合此因素及基准网情况，平面位置定位值按二等点使用，允许定位误差按监测网二等技术要求，允许值为±3mm。
　　桥面点：相对点位中误差平均为±0.82mm，最大为±1.22mm。桥拱点：相对点位中误差平均为±0.67mm，最大为±0.97mm。
　　两桥变形点观测精度均满足要求。
　　3、变形点垂直位移观测
　　为达到观测桥拱、悬杆及桥面变形的目的，在承台上方桥面上、在每条悬杆的底部桥面上及在部分悬杆上部的桥拱侧（对应于桥拱特征部位）均设置垂直位移变形点，桥面上变形点采用平面位移点的顶面作垂直位移定位面。
　　桥面上的位移点采用拦河坝右岸基准点右工基1、右工基2作起算，按环形路线观测，操作按二等监测网技术要求进行。桥拱上的位移点高差，采用钢尺直接量取，钢尺的温度改正变形按经验值推算，钢尺量距值为相对值，相对于作业的拉力值3.8kg及专用钢尺的观测刻度段。本次钢尺的量距值即为对应悬杆变形的基数值。
　　环形路线闭合差：分段闭合差+1.1mm，允许±1.72mm（二等监测网）。钢尺量距相对较差：估算精度为±0.3mm。拱上变形点高程中误差：估算精度为±0.6mm（三等监测网）。
　　满足精度要求。
　　4、说明事项
　　1. 从变形点定位值误差指标反映的系统误差情况看，基准网尚有微小的误差，这种误差对变形点定位值的影响整体很微小。
　　2. 表中桥面变形点的定位值尚未包含微小变形点的对中系统误差。
　　3. 悬杆变形观测采用的钢尺量距值为相对值，相对于作业钢尺的拉力值3.8kg及专用钢尺观测的刻度段。
　　5、测边及定位点的精度评定
　　由于测边网和结构力学中纯由拉压杆件构成的结构物有许多相同之处，测边网平差求边长改正数的方法与结构力学中求杆件变形的方法（力学平差法）相同。
　　当有n个观测值，存在一个条件时，条件方程式的通式是：
　　a1v1+a2v2+…+anvn+fa=0
　　从力学角度，a1即为与自由铰有直接联系的各杆件的受外力fa后平衡系数，根据力平衡条件，就能很简单地求出各杆件系数ai，由于本项的变形点为单一网形式，组成法方法为：
　　[aa].ka=fa
　　各边长改正数为vi=ai.ka
　　边长改正数还可以通过前项中变形点真值求取，方法很简单。
　　测边中误差为m20=[vv]
　　交会点点位中误差权倒数按间接平差公式计算，见"一"项，三边交会中的点位中误差权倒数为：
　　1/p=1/px+1/py
　　相对点位中误差：
　　MD=m0√（1/p）

作者简介：
苏达宁（1967－）男，广西南宁市人，工程师，从事港口与航道工程勘察设计及工程测量。
禤立民（1967-）男，广西横县人，副主任，高级工程师，从事港口与航道工程勘察设计及工程测量。